Beschreibung und Stand der TechnikDescription and state of the art
Bei konventionellen Segelfahrzeugen wird der Vortrieb durch ein im Prinzip mehr oder
weniger senkrecht stehendes Hauptsegel, gegebenenfalls kombiniert mit einem oder
mehreren Nebensegeln in Verbindung mit einer geeigneten Unterwasser-Lateralfläche
bewirkt. Dabei tritt immer auch ein seitwärtsneigendes Moment auf, welches üblicherweise
durch Kiele, Schwerter, Ausleger, breite Bauweise (wie bei Mehrrumpfbooten), das
Körpergewicht des Seglers oder durch andere Maßnahmen zum Teil wieder ausgeglichen
werden kann. Alle diese Hilfen zum Wiederaufrichten des Segelfahrzeuges führen einerseits
zu einer Erhöhung des Gesamtgewichts des Fahrzeugs oder des Wasserwiderstands und
damit zu einer Geschwindigkeitseinbuße. Andererseits verbleibt bei Ein- und
Mehrrumpfbooten ein beträchtlicher Teil der seitwärtsneigenden Kraft wirksam, so daß sich
das Segel und damit auch der Bootskörper unter Windeinwirkung trotzdem noch mehr oder
weniger zur Seite neigt. Diese Seitwärtsneigung richtet einen Teil der am Segel auftretenden
Kräfte nach unten, so daß das Segelfahrzeug unter der Windlast tiefer in das Wasser
hineingedrückt wird.In conventional sailing vehicles, the propulsion is in principle more or
less vertical main sail, possibly combined with an or
several secondary sails in connection with a suitable underwater lateral surface
causes. There is always a sideways moment, which is usually the case
through keels, swords, outrigger, wide construction (as with multihull boats), the
Body weight of the sailor or partially offset by other measures
can be. On the one hand, all of these aids for straightening the sailing vehicle lead
an increase in the total weight of the vehicle or water resistance and
thus to a loss of speed. On the other hand, there remains one and
Multi-hull boats take a significant portion of the sideways tilting force, so that
the sail and therefore also the hull under the influence of wind still more or
less leaning to the side. This sideways tilt straightens part of those that occur on the sail
Forces downward so that the sail vehicle deeper into the water under the wind load
is pushed in.
Die erfindungsgemäße Besegelung ist geeignet, die seitwärtsneigende Kraft, die an einer
mehr oder weniger vertikal stehenden Segelfläche auftritt, durch eine mit ihr in Verbindung
stehende mehr oder weniger horizontal stehende zweite Segelfläche von etwa gleicher
Größe und Form ganz oder überwiegend zu kompensieren (Abb. 1).
Am besten wird dieser Effekt durch feste oder vorgeformte Profile erreicht, wobei die
Wölbung der beiden Teilflächen in etwa spiegelbildlich sein muß, etwa wie die Tragflächen
bei einem Flugzeug. Die Spiegelbildebene bildet jedoch in Normalstellung nicht wie bei
einem Flugzeug einen Winkel von etwa 0°, sondern von etwa 45° mit der Vertikalachse des
Rumpfes (Abb. 1).
Die beiden Teilflächen (die vertikale und die horizontale) sind gemeinsam um durch eine in -
oder parallel zu - der Längsachse des Rumpfes drehbare Vorrichtung so miteinander
verbunden, daß bei einer Drehung um diese Achse die vorher mehr oder weniger vertikal
stehende Teilfläche in eine mehr oder weniger horizontale Position gebracht wird. Durch
diesen Kippvorgang tauschen die beiden Flächen ihre Funktionen (Vor- und Auftrieb) aus.
Dabei wird normalerweise der Bug des Fahrzeugs durch den Wind gehen, und dann den
Wind von der anderen Seite bekommen. Dies entspricht dem klassischen Vorgang der
Wende auf konventionellen Fahrzeugen.
Da die im Zuge der Wende in die vertikale Position gebrachte, vorher horizontale Teilfläche
durch ihre Spiegelbildlichkeit bereits das richtige Profil für die neue Fahrtrichtung aufweist, ist
eine Profiländerung wie bei konventionellen Segeln, einschließlich Flügelmasten, weder bei
der Vor- noch bei der Auftriebsfläche erforderlich. Voraussetzung ist jedoch, daß die
horizontale Auftriebsfläche normalerweise in Lee gefahren wird. Durch eine solche
Anordnung der beiden Teilflächen des Hauptsegels kann außerdem erreicht werden, daß bei
einem Durchgang des Segelfahrzeugs mit dem Bug durch den Wind die beiden Teilflächen
ihre Position automatisch vertauschen. Durch besondere, weiter unten beschriebene
Hilfselemente oder steuerbare Hilfsflächen kann dieser Vorgang unterstützt und
feinabgestimmt werden.
The sail according to the invention is suitable for completely or predominantly compensating for the sideways tilting force that occurs on a more or less vertical sail surface by a more or less horizontally connected second sail surface of approximately the same size and shape ( Fig. 1 ). This effect is best achieved by means of fixed or preformed profiles, the curvature of the two partial surfaces having to be approximately mirror images, like the wings of an airplane. However, in the normal position, the mirror image plane does not form an angle of approximately 0 ° as in the case of an airplane, but rather of approximately 45 ° with the vertical axis of the fuselage ( Fig. 1). The two partial surfaces (the vertical and the horizontal) are connected to one another by a device which can be rotated in or parallel to the longitudinal axis of the fuselage, so that when rotating about this axis the previously more or less vertical partial surface is converted into a more or less horizontal position is brought. Through this tilting process, the two surfaces exchange their functions (propulsion and buoyancy). The bow of the vehicle will usually go through the wind and then get the wind from the other side. This corresponds to the classic process of turning on conventional vehicles. As the previously horizontal partial surface that was brought into the vertical position during the turn already has the correct profile for the new direction of travel due to its mirror image, a profile change as with conventional sails, including wing masts, is not necessary for either the forward or the lift surface. The prerequisite, however, is that the horizontal lift surface is normally driven in lee. With such an arrangement of the two sub-areas of the main sail it can also be achieved that the two sub-areas automatically swap their positions when the sail vehicle passes through the bow with the wind. This process can be supported and fine-tuned using special auxiliary elements or controllable auxiliary surfaces described below.
Wie zu jedem Segelfahrzeug, so gehört auch zu dem erfindungsgemäßen Fahrzeug ein
geeigneter Lateralwiderstand. Er kann bei Wasserfahrzeugen aus einem Schwert (Abb. 1c)
oder einem Kiel bestehen. Ein Ballast, wie bei konventionellen Kielbooten, ist weder
erforderlich noch sinnvoll, da das gesamte Fahrzeug so leicht wie möglich konstruiert sein
sollte.
Je nach Auslegung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs kann es jedoch notwendig sein, den
auf die Lateralfläche einwirkenden Wasserdruck durch besondere Maßnahmen wie
Verlagerung des Massenmittelpunkts (z. B. durch das Körpergewicht der Besatzung) oder
durch besondere Konstruktionsmerkmale zu kompensieren, um ein Drehen des Rumpfes um
seine Längsachse zu verhindern. Dies läßt sich u. a. dadurch erreichen, daß die Stellung der
Lateralfläche(n) von der Stellung der Auf- oder Vortriebsflächen in Abhängigkeit gebracht
wird. Eine besondere Auslegung sieht vor, daß zwei Schwerter in einem Winkel von etwa 90°
zueinander und zu den jeweils nächsten Teilsegelflächen stehen. Bei einer Wende wird dann
das vorher vertikal im Wasser stehende Schwert in eine horizontale Position oberhalb der
Wasserlinie gebracht. Das vorher oberhalb der Wasserlinie in horizontaler Ruheposition
liegende Schwert wird dabei in die vertikale, aktive Position unter Wasser gebracht. Da die
auf das Schwert wirkende Lateralkraft den an der Auftriebsfläche entstehenden Auftrieb, und
damit die Kompensation der Seitwärtsneigung der Vortriebsteilfläche vermindert, kann ein
geeignetes Profil oder ein geeigneter Anstellwinkel des Schwertes einen Ausgleich
bewirken. Die Abb. 2 geben hierfür Beispiele, jedoch sind auch andere Konstruktionen
denkbar.As with every sailing vehicle, a suitable lateral resistance is also part of the vehicle according to the invention. In watercraft it can consist of a sword ( Fig. 1c) or a keel. Ballast, as with conventional keel boats, is neither necessary nor sensible, since the entire vehicle should be constructed as light as possible. Depending on the design of the vehicle according to the invention, it may be necessary to compensate for the water pressure acting on the lateral surface by special measures such as shifting the center of mass (e.g. by the body weight of the crew) or by special design features in order to turn the fuselage around it Prevent longitudinal axis. This can be achieved, inter alia, by making the position of the lateral surface (s) dependent on the position of the buoyant or propulsive surfaces. A special design provides that two swords are at an angle of approximately 90 ° to each other and to the next partial sail surfaces. At a turn, the sword previously standing vertically in the water is brought into a horizontal position above the water line. The sword that was previously in the horizontal rest position above the water line is brought into the vertical, active position under water. Since the lateral force acting on the sword reduces the buoyancy which arises on the buoyancy surface, and thus the compensation of the sideways inclination of the propulsion sub-area, a suitable profile or a suitable angle of attack of the sword can bring about a compensation. Fig. 2 give examples of this, but other constructions are also conceivable.
Hilfsflächen oder Hilfsteilflächen und andere Zusatzeinrichtungen können wie folgt die Segel-
und Manövriereigenschaften beeinflussen:
1. Querruder
Querruder können in die beiden Teilflächen des Hauptsegels wie bei Flugzeugtragflächen
integriert sein. Sie ermöglichen das gemeinsame Halten der beiden Teilflächen des
Hauptsegels in der gewünschten Position (m.o.w. vertikal oder m.o.w. horizontal). Droht z. B.
die (horizontale) Auftriebsfläche zu tief abzusinken, so kann durch Betätigung des
Querruders der Auftrieb an der Auftriebsfläche erhöht und gleichzeitig die seitwärtsneigende
Kraft an der vertikalen Vortriebsfläche erniedrigt werden. Beim Durchgang des Fahrzeugs
durch den Wind bei einer Wende kann das Querruder auch dazu verwendet werden, ein zu
hartes Umschlagen der beiden Teilflächen des Hauptsegels in die jeweils neue Position zu
verhindern. Insbesondere bei erfindungsgemäßen Fahrzeugen mit festem Profil der beiden
Teilflächen des Hauptsegels kann die Bedienung des Querruders über ein Gestänge oder
über einen Seilzug direkt oder durch einen "Steuerknüppel" erfolgen, der , wie bei einem
(Segel-)Flugzeug, auch noch andere Funktionen übernehmen kann.
2. Seitenruder
Die Steuerung des erfindungsgemäßen Segelfahrzeugs erfolgt normalerweise durch ein
durch Wasserdruck beaufschlagtes Ruder am Heck. In bestimmten Situationen, z. B. bei
Stillstand oder bei komplizierten Manövern kann ein zusätzliches durch Wind beaufschlagtes
Seitenruder am Heck vorteilhaft sein. Beide Ruder, das durch Wasser und das durch Wind
beaufschlagte, können entweder gleichzeitig oder unabhängig voneinander benutzt werden.
Das Seitenruder kann über ein Gestänge oder über einen Seilzug direkt oder durch einen
Hebel bedient werden.
3. Höhenruder
Die auftrieberzeugende waagerechte Teilfläche des Hauptsegels birgt die Gefahr des
Abhebens des gesamten Segelfahrzeugs in sich. Das Höhenruder, ggf. unter gleichzeitiger
Benutzung des Querruders, kann dieser Tendenz wirkungsvoll entgegenwirken, indem es das
Heck des Fahrzeugs entlastet oder anhebt und dadurch das gesamte Fahrzeug fester in das
Wasser drückt. Das Höhenruder kann z. B. über ein Gestänge oder Seilzüge direkt
durch einen Hebel bedient werden. Es ist sinnvoll, das Höhenruder mit dem Querruder wie
bei einem (Segel-)Flugzeug über einen "Steuerknüppel" zu kombinieren.
4. Wölbungsklappen
Aus dem Flugzeugbau bekannte Wölbungsklappen können bei niedrigen
Windgeschwindigkeiten zur Steigerung der Effizienz der beiden Teilflächen des Hauptsegels
eingesetzt werden und z. B. über ein Gestänge oder einen Seilzug bedient werden.
5. Veränderbarer Anstellwinkel
Um ein Segeln bei unterschiedlichen Windrichtungen und -stärken zu ermöglichen, kann eine
Veränderung des Anstellwinkels, insbesondere der den Vortrieb erzeugenden Teilfläche des
Hauptsegels, von Vorteil sein. Eine Veränderung des Anstellwinkels kann beispielsweise
durch eine Rotation der entsprechenden Teilfläche(n) um ihre Längsachse(n) oder um eine
Achse parallel hierzu bewirkt werden. Die Bedienung kann z. B. durch ein Gestänge oder
einen Seilzug, ggf. in Verbindung mit (je einem) Hebel(n) oder anderen Hilfsmitteln erfolgen.
Ohne veränderbaren Anstellwinkel könnte das erfindungsgemäße Segelfahrzeug nur Kurse
fahren, bei denen der scheinbare Wind mehr oder weniger schräge von vom kommt. Bei den
zu erwartenden hohen Geschwindigkeiten des erfindungsgemäßen Segelfahrzeugs wird sich
dies auch dann noch erreichen lassen, wenn der wahre Wind von querab oder achterlicher
als querab einfällt. Diese Erscheinung wird auch bei sehr schnellen konventionellen
Segelbooten wie Katamaranen und Trimaranen beobachtet. Auch die Effizienz der
erfindungsgemäßen Besegelung kann durch einen veränderbaren Anstellwinkel noch weiter
gesteigert werden. Insbesondere für das Segeln mit "achterlichem Wind" oder "vor dem
Wind" ist eine Veränderung des Anstellwinkels vorteilhaft bzw. unabdingbar. Ansonsten muß
vor dem Wind gekreuzt werden, wie dies auch sehr schnelle Mehrrumpfboote häufig tun.
6. Veränderung des Pfeilungswinkels
Um die Schwerpunktlage des erfindungsgemäßen Segelfahrzeugs zu optimieren, kann eine
Veränderung des Pfeilungswinkels der beiden Hauptsegelteilflächen von Vorteil sein, z. B.
wenn sich die an Bord befindliche Anzahl der Personen oder das Gewicht von Gepäck oder
Ausrüstung verändern. Der Pfeilungswinkel kann beispielsweise über ein Gestänge oder
Seilzüge bei beiden Teilflächen gemeinsam oder auch getrennt den jeweiligen
Erfordernissen angepaßt werden. Ein veränderbarer Pfeilungsgrad kann auch dazu dienen,
die Gesamtbreite des Fahrzeugs zeitweilig, z. B. bei Manövern in beengten Gebieten wie
Liegeplätzen, Häfen, Hafeneinfahrten oder engen Fahrwassern zu erniedrigen. Er kann auch
die Verladung des Fahrzeuges auf einen Trailer oder auf das Autodach erleichtern, jedoch
sollten hierfür die beiden Teilsegelflächen wie bei Segelflugzeugen vollständig vom Rumpf
demontierbar sein.
7. Auftriebskörper an den Teilflächen des Hauptsegels
Um der Gefahr der Wasserberührung der horizontal stehenden Auftriebsfläche
entgegenwirken zu können, kann ein Auftriebskörper, ggf. kombiniert mit einer Gleitfläche,
vorzugsweise am Ende der beiden Teilsegelflächen angebracht werden. Eine
Wasserberührung größerer Teile der Hauptsegel könnte bei hohen Geschwindigkeiten ohne
Auftriebskörper oder Gleitflächen zu gefährlichen Situationen führen. Auftriebskörper an den
Enden der Teilsegelflächen sind auch bei Stillstand oder langsamer Fahrt von Vorteil, um
das Fahrzeug in einer stabilen, manövrierbaren Position zu halten.Auxiliary areas or sub-areas and other additional devices can influence the sailing and maneuvering properties as follows:
1. Ailerons
Ailerons can be integrated in the two sub-areas of the main sail as with aircraft wings. They allow the two sections of the main sail to be held together in the desired position (mow vertical or mow horizontal). Threatens e.g. B. the (horizontal) lift surface sinks too deeply, the lift on the lift surface can be increased by actuating the aileron and at the same time the sideways tilting force on the vertical drive surface can be reduced. When the vehicle passes through the wind at a turn, the aileron can also be used to prevent the two sections of the main sail from turning too hard into the new position. Particularly in the case of vehicles according to the invention with a fixed profile of the two partial surfaces of the main sail, the aileron can be operated directly via a linkage or via a cable pull or by means of a “joystick” which, like in a (sailing) plane, can also perform other functions .
2. Rudder
The control of the sailing vehicle according to the invention is normally carried out by a rudder at the stern acted upon by water pressure. In certain situations, e.g. B. at standstill or during complicated maneuvers, an additional rudder at the stern, which is acted upon by wind, can be advantageous. Both rudders, the water and wind, can be used either simultaneously or independently. The rudder can be operated directly or by a lever using a linkage or a cable.
3. Elevator
The horizontal partial surface of the main sail that creates the buoyancy harbors the risk of the entire sail vehicle lifting off. The elevator, possibly using the aileron at the same time, can counteract this tendency effectively by relieving or lifting the rear of the vehicle and thereby pushing the entire vehicle more firmly into the water. The elevator can e.g. B. be operated directly by a lever via a linkage or cables. It makes sense to combine the elevator with the aileron as with a (glider) plane using a "joystick".
4. Buckle flaps
Known from aircraft construction arch flaps can be used at low wind speeds to increase the efficiency of the two sub-areas of the main sail and z. B. operated via a linkage or a cable.
5. Adjustable angle of attack
In order to enable sailing with different wind directions and strengths, a change in the angle of attack, in particular the partial area of the main sail that generates the propulsion, can be advantageous. A change in the angle of attack can be brought about, for example, by rotating the corresponding partial surface (s) about its longitudinal axis (s) or about an axis parallel to it. The operation can e.g. B. by a linkage or a cable, possibly in conjunction with (one) lever (s) or other aids. Without a variable angle of attack, the sailing vehicle according to the invention could only go courses in which the apparent wind comes from more or less oblique. Given the high speeds to be expected of the sailing vehicle according to the invention, this will still be achievable even if the true wind is incident from the side or aft than the side. This phenomenon is also observed in very fast conventional sailing boats such as catamarans and trimarans. The efficiency of the sail according to the invention can also be increased further by means of a variable angle of attack. A change in the angle of attack is advantageous or indispensable, in particular for sailing with "aft wind" or "in front of the wind". Otherwise you have to cross in front of the wind, as very fast multihull boats often do.
6. Change the arrow angle
In order to optimize the center of gravity of the sailing vehicle according to the invention, a change in the sweep angle of the two main sail subareas can be advantageous, e.g. B. if the number of people on board or the weight of luggage or equipment changes. The sweep angle can be adapted to the respective requirements, for example, using a linkage or cable pulls on both partial surfaces, either together or separately. A variable degree of sweeping can also serve to temporarily, e.g. B. during maneuvers in confined areas such as berths, ports, port entrances or narrow fairways. It can also make it easier to load the vehicle onto a trailer or onto the car roof, however, the two partial sail surfaces should be completely removable from the fuselage, as is the case with gliders.
7. Buoyancy body on the partial surfaces of the main sail
In order to be able to counteract the risk of water contacting the horizontally standing buoyancy surface, a buoyancy body, possibly combined with a sliding surface, can preferably be attached to the end of the two partial sail surfaces. Touching large parts of the main sail with water could lead to dangerous situations at high speeds without buoyancy elements or sliding surfaces. Buoyancy bodies at the ends of the partial sail surfaces are also advantageous when stationary or traveling slowly to keep the vehicle in a stable, maneuverable position.
Verwandte SchriftenRelated writings
Es ist eine Besegelung von Schiffen beschrieben worden, die Kippflügel als Windantrieb
benutzt (Offenlegungsschrift DE 29 41 208 A1).
Im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen Besegelung werden in der genannten
Offenlegungsschrift nicht zwei im Winkel von ca. 90° zueinander stehende Teilsegelflächen
verwendet, sondern eine einheitliche Fläche, die in ihrem Mittelpunkt an einem Mast
befestigt ist. Bei einer Wende klappt der vorher nach oben ragende Flügel nach unten um.
Ein Auftrieb wie bei der erfindungsgemäßen Besegelung wird dabei nicht oder nur
unbedeutend erzeugt.
Es ist weiterhin eine selbsttätig einstellende Vor- und Auftriebsfläche für Wasserfahrzeuge
(Offenlegungsschrift 243 170) beschrieben worden, die insbesondere dazu dienen soll, das
Springen oder Fliegen mit Segelbrettern (Surfbrettern, Surfboards) zu erleichtern. Es handelt
sich hierbei um eine Weiterentwicklung des bekannten Drachenriggs, das ebenfalls zum
Ziehen von Segelbrettern beschrieben wurde (Offenlegungsschrift 31 21 796 A1 von 1982, mit
drei Zusatzanmeldungen von 1984). Auch diese Erfindungen sind nicht mit der
erfindungsgemäßen Besegelung vergleichbar, da die Auf- oder Vortriebsflächen immer nur
eine Funktion ausführen können und nicht durch Stellungswechsel sowohl eine Auftrieb- als
auch eine Vortriebsfunktion übernehmen können.
Verwandte Schriften beschreiben außerdem ein Flügelrigg (Offenlegungsschrift DE 32 31 764
A1) und ein anderes Rigg in Tragflügelform (Offenlegungsschrift DE 31 04 750 A1), welche
beide nicht mit der erfindungsgemäßen Besegelung vergleichbar sind, da es sich um
besondere Ausführungen von bekannten Flügelmasten handelt.Sailing of ships has been described, the bottom-hung wings as wind drives
used (laid-open specification DE 29 41 208 A1).
In contrast to the sail according to the invention, in the mentioned
Disclosure not two partial sail surfaces at an angle of approximately 90 ° to each other
used, but rather a uniform surface that is at its center on a mast
is attached. At a turn, the wing that previously protrudes folds down.
A buoyancy as in the sail according to the invention is not or only
insignificantly generated.
It is also an automatically adjusting propulsion and buoyancy area for watercraft
(Offenlegungsschrift 243 170), which is intended in particular to serve the
Jump or fly with sailing boards (surfboards, surfboards) to facilitate. It deals
is a further development of the well-known Drachenrigg, which is also the
Pulling sailboards has been described (laid-open specification 31 21 796 A1 from 1982, with
three additional applications from 1984). These inventions are also not with the
Sailing according to the invention comparable, since the lift or propulsion surfaces always only
can perform a function and not both a buoyancy and change of position
can also take on a driving function.
Related documents also describe a wing rig (laid-open specification DE 32 31 764
A1) and another wing-shaped rig (laid-open specification DE 31 04 750 A1), which
both are not comparable with the sails according to the invention, since they are
special designs of known wing masts.